使用CoppeliaSim运行NAO机器人虚拟环境

作者:丁家恳

联系邮箱:labmemzzf@qq.com

2022/12/17

 

一:问题描述

NAO机器人官方在图形化工具Choregraphe中提供了强大的动作设计功能盒子Timeline,见下图1.1。Timeline中设计完成的动作序列可以在Choregraphe中进行一定的仿真模拟,对于简单的、短时间的动作序列,这种仿真的效果是足够的;但是对于复杂的、长时间的动作序列,由于Choregraphe缺少完成的物理引擎,该仿真模拟无法满足仿真需求,例如,对于舞蹈动作的模拟。

对于Timeline中复杂动作序列的仿真模拟,通常的做法是将动作序列导出为代码,适配到第三方软件中运行仿真。该方法缺乏便利性与实时性,也提高了初学者的学习成本,故本文介绍一种连接Choregraphe与第三方仿真软件的方法,使得在Timeline盒子中的动作序列可以实时在第三方仿真软件中运行,见下图1.2。

图1.1:choregraphe中具备强大功能的动作设计盒子Timeline,图形化交互良好。

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图2.2:Choregraphe与第三方仿真软件CoppeliaSim连接,实时运行Timeline盒子中的动作序列。通过这种方式,可以很便利地完成复杂动作的设计与仿真过程。

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二:环境依赖

详细的安装说明在最后章节讨论,本章节仅作简介。

 

三:快速启动指南

 

1. NAO V6环境(六代机器人,产品外壳颜色为灰黑色)

图3.3.1。

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图3.1.2。

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图3.1.3。

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2. NAO V5环境(五代机器人,产品外壳颜色为蓝色或红色)

图3.2.1。

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或者

取决于你的环境变量中启动python2程序的指令是"python2"还是"python"。

图3.2.3。

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四:环境安装说明

本文全程在Windows10操作系统环境中演示进行。另外,对于有经验的读者,推荐使用docker软件进行环境的配置与管理,本文不做讨论。

下文将提供通用资源,以及两种硬件版本的NAO机器人环境安装推荐方案,理由如下文。

NAO机器人的最新一代产品为NAO V6,也即NAO六代机器人,产品外壳颜色为灰黑色,使用最新版本的ChoregraphePython NAOqi-SDK软件。然而,目前仍有大量旧式的NAO机器人在使用中,例如NAO V5也即NAO五代机器人,产品外壳颜色为红色或蓝色;更重要的是,github上的NAO相关代码大多不是在NAO V6环境中编写的,包括本文所使用到的项目,流行的仿真软件上的NAO模型也停留更旧式的产品版本上(甚至是NAO V3NAO V4,产品外壳颜色有诸如橙色等)。因此,仅仅讨论NAO六代机器人环境的话,可能会出现适配问题,故本文提供NAO V6NAO V5两种机器人环境的安装推荐方案,以较少适配性问题。

 

1. CoppeliaSim安装

首先需要下载最新版本的CoppeliaSim进行安装,目前为止最新的版本号为"Release 4.4.0"。选择最新版本的理由有二:一,安装更旧版本的软件会受到内置时间限制政策的影响,也即强制更新政策,坚持使用旧版本软件需要修改配置文件,可参考https://blog.csdn.net/sunrise_lk/article/details/124245609;二,新版本中NAO模型未有更新,与旧版本一致,使用旧版本没有意义。本文使用软件版本为"Release 4.4.0"。

访问https://www.coppeliarobotics.com/downloads进行软件下载。在Window10平台上有.exe版本安装包下载,运行安装包按照提示安装即可。

图3.1.1.a:CoppeliaSim安装页面,选择教育版点击页面下方"Download"链接安装。需要注意页面上方"Want to choose a different platform? "处可以点击进行操作平台版本切换,下图中已切换至windows版本。

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2. github项目源码拉取

访问开源项目地址:https://github.com/PierreJac/Project-NAO-Control/tree/rework,需要注意本地址已切换至"rework"版本,这是我们需要的项目分支版本。点击页面中"Code"按钮,在下拉菜单中选择点击"Download ZIP"等待下载完成。下载的.zip文件需要解压,推荐使用解压软件7-Zip,软件主页为https://www.7-zip.org/,请读者自行下载安装或者使用其他的解压软件。

图3.1.2.a:github项目页面,点击"Code"按钮展开下拉菜单。注意项目分支已切换至"rework"版本,若未切换至该版本可点击下图"rework"按钮处(若为其他分支版本,按钮处显示"master"或其他)进行切换。

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3. NAO V6机器人环境安装

NAO V6需要下载的Choregraphe版本为"2.8.6 Setup",需要下载的Python NAOqi-SDK版本为"2.1.4 Python 2.7 SDK Setup"(要先安装Python2.7.13运行环境)。

下载直链:

安装顺序为:Python2.7Python NAOqi-SDKChoregraphe。三种安装包均是图像化安装,读者按照提示依次安装即可。有安装困难的,请读者参考对应安装文档,并自行验证安装是否成功。

特别说明的是NAO V6Python NAOqi-SDK是有支持Python3版本的,但是并不支持windows环境,有经验的读者可以尝试。另外,不选择更高版本的Python NAOqi-SDK版本的理由是更高的版本没有.exe安装包版本,仅有.zip版本或其他版本,有经验的、有更高需求的读者可以尝试,在本文中"2.1.4 Python 2.7 SDK Setup"版本已足够使用。

不推荐NAO V6使用更低版本的Choregraphe,部分功能无法使用。

 

4. NAO V5机器人环境安装

NAO V5需要下载的Choregraphe版本为"2.1.4 Setup",需要下载的Python NAOqi-SDK版本为"2.1.4 Python 2.7 SDK Setup"(要先安装Python2.7.13运行环境)。

下载直链:

安装顺序为:Python2.7.13Python NAOqi-SDKChoregraphe。三种安装包均是图像化安装,读者按照提示依次安装即可。有安装困难的,请读者参考对应安装文档,并自行验证安装是否成功。

不推荐NAO V5使用更高版本的Choregraphe,部分功能无法使用。对于更旧产品版本的NAO机器人,可以尝试更旧版本的Choregraphe版本,推荐的版本是1.14,但是这些版本的软件官网已经停止下载,需要读者自行查找。

 

五:更多